CN218896658U - 复合铜箔和电池 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种复合铜箔和电池。其中，复合铜箔包括：基材、第一种子层、第二种子层、第一铜层和第二铜层，基材具有相对设置的第一表面和第二表面；第一种子层设于基材的第一表面，第二种子层设于基材的第二表面；第一铜层设于第一种子层背离基材的一面，第二铜层设于第二种子层背离基材的一面；其中，基材开设有连通第一表面和第二表面的通孔，通孔内设置有导电体，导电体包括第一导电部和第二导电部，第一导电部环设于第二导电部和通孔的内壁面之间，第一导电部连接第一种子层和第二种子层，第二导电部连接第一铜层和第二铜层。本申请的技术方案能够降低复合铜箔中的电阻值，提高复合铜箔的导电效果。

Description

复合铜箔和电池

技术领域

本申请涉及铜箔生产技术领域，特别涉及一种复合铜箔和电池。

背景技术

复合铜箔是一种替代传统铜箔的新型材料，主要用作电池的负极集流体。复合铜箔主要是在中间设置一层高分子材料，在高分子材料的两面设置铜层，从而通过高分子材料节省一部分铜的用量。

但是，复合铜箔中与传统铜箔相比铜层的厚度减少，复合铜箔的电阻值增大，导致复合铜箔的导电效果变差。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种复合铜箔和电池，能够降低复合铜箔中的电阻值，提高复合铜箔的导电效果。

根据本申请的一个方面，本申请提供一种复合铜箔，所述复合铜箔包括：

基材，所述基材具有相对设置的第一表面和第二表面；

第一种子层和第二种子层，所述第一种子层设于所述基材的第一表面，所述第二种子层设于所述基材的第二表面；

第一铜层和第二铜层，所述第一铜层设于所述第一种子层背离所述基材的一面，所述第二铜层设于所述第二种子层背离所述基材的一面；

导电体，所述导电体设于所述通孔内，所述导电体包括第一导电部和第二导电部，所述第一导电部环设于所述第二导电部和所述通孔的内壁面之间，所述第一导电部连接所述第一种子层和所述第二种子层，所述第二导电部连接所述第一铜层和所述第二铜层。

在其中一个方面，所述导电体为实心结构或者为环形结构。

在其中一个方面，所述通孔设置有多个，所述导电体设置有多个，每一所述通孔设置一所述导电体。

在其中一个方面，多个所述通孔之间等间距设置。

在其中一个方面，所述通孔的体积占所述基材的体积的孔隙度在15％-30％之间。

在其中一个方面，所述通孔为圆形孔、方形孔和三角形孔的其中一种。

在其中一个方面，所述通孔为圆形孔时，所述通孔的直径为d，则满足：10um≤d≤15um。

在其中一个方面，所述导电体、所述第一种子层和所述第二种子层的材料均为金属铜。

在其中一个方面，所述基材的厚度D1，所述第一种子层和所述第二种子层的厚度相同，所述第一种子层的厚度为D2，所述第一铜层和所述第二铜层的厚度相同，所述第一铜层的厚度为D3，则满足：

3um≤D1≤8um，30nm≤D2≤50nm，1um≤D3。

此外，为了解决上述问题，本申请还提供一种电池，所述电池包括正极端和负极端，所述负极端包括如上文所述的复合铜箔。

本申请的技术方案中，第二导电部连接第一铜层和第二铜层，在复合铜箔进行导电时，第一铜层和第二铜层之间的电流通过第二导电部流通。第一铜层和第二铜层能够相互传输电流。相比于单层的铜层导电，两层铜层同时导电，增加了铜层的横截面积。从而降低复合铜箔中的电阻值，提高复合铜箔的导电效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1是本申请中第一实施例中复合铜箔的结构示意图。

图2是本申请通孔中第二导电部为实心结构示意图。

图3是本申请通孔中第二导电部为环形结构示意图。

图4是本申请中通孔的形状为圆形孔的结构示意图。

图5是本申请中通孔的形状为方形孔的结构示意图。

图6是本申请中通孔的形状为三角形孔的结构示意图。

图7是本申请中第二实施例中复合铜箔的制作方法的步骤示意图。

图8是本申请中复合铜箔的制作方法的步骤S210示意图。

附图标记说明如下：

110、基材；120、第一种子层；130、第二种子层；140、第一铜层；150、第二铜层；160、导电体；

101、通孔；111、第一表面；112、第二表面；161、第一导电部；162、第二导电部。

具体实施方式

尽管本申请可以容易地表现为不同形式的实施方式，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式，同时可以理解的是本说明书应视为是本申请原理的示范性说明，而并非旨在将本申请限制到在此所说明的那样。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本申请的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本申请的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

在附图所示的实施方式中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用于解释本申请的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本申请的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本申请的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

以下结合本说明书的附图，对本申请的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。

实施例一

参阅图1所示，本申请的技术方案中复合铜箔包括：基材110、第一种子层120、第二种子层130、第一铜层140和第二铜层150。第一种子层120和第一铜层140设置在基材110的一侧，第二种子层130和第二铜层150设置在基材110的另一侧。基材110作为基本的结构，支撑第一种子层120、第二种子层130、第一铜层140和第二铜层150。第一种子层120和第二种子层130用来作为电镀第一铜层140和第二铜层150的基础。

基材110的材质可以是PET(polyethylene glycol terephthalate)，全称为聚对苯二甲酸乙二醇酯，为乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽，耐蠕变、耐抗疲劳性、耐磨擦和尺寸稳定性好，磨耗小而硬度高，具有稳定的韧性；受温度影响小。无毒、耐气候性、抗化学药品稳定性好，吸水率低，耐弱酸和有机溶剂。

基材110也可以是PP(Polypropylene)材质，即聚丙烯，聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等。

基材110还可以是PI(Polyimide)聚酰亚胺，聚酰亚胺具有高度可靠性和可挠性，而且具有重量轻的特点材质。

基材110具有相对设置的第一表面111和第二表面112；第一种子层120设于基材110的第一表面111，第二种子层130设于基材110的第二表面112；第一铜层140设于第一种子层120背离基材110的一面，第二铜层150设于第二种子层130背离基材110的一面；其中，基材110开设有连通第一表面111和第二表面112的通孔101，通孔101内设置有导电体160，导电体160包括第一导电部161和第二导电部162，第一导电部161环设于第二导电部162和通孔101的内壁面之间，第一导电部161连接第一种子层120和第二种子层130，第二导电部162连接第一铜层140和第二铜层150。

在设置第一种子层120和第二种子层130时，可以采用物理气相沉积(PhysicalVapor Deposition，PVD)的方式，比如磁控溅射，磁控溅射是物理气相沉积的一种。磁控溅射可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。

在完成第一种子层120和第二种子层130的镀膜时，由于通孔101是贯通基材110的第一表面111和第二表面112的，因此，镀膜时由靶材内轰击出的离子也能够沉积在通孔101的内壁面上。换句话说，在镀膜形成第一种子层120和第二种子层130时，通孔101的内壁面上也沉积了第一导电部161，通过第一导电部161的沉积第一种子层120和第二种子层130也实现了电性连接，两者之间可以传输电流。

在设置第一铜层140和第二铜层150时，以第一种子层120和第二种子层130为阴极，进行电镀作业，铜离子在阴极上析出，从而在第一种子层120上形成了第一铜层140，在第二种子层130上形成了第二铜层150。并且由于在通孔101内已近沉积了一层第一导电部161，在电镀时，依据第一导电部161作为阴极能够形成第二导电部162。

本实施例的技术方案中，第二导电部162连接第一铜层140和第二铜层150，在复合铜箔进行导电时，第一铜层140和第二铜层150之间的电流通过第二导电部162流通。第一铜层140和第二铜层150能够相互传输电流。相比于单层的铜层导电，两层铜层同时导电，增加了铜层的横截面积。从而降低复合铜箔中的电阻值，提高复合铜箔的导电效果。

参阅图2和图3所示，导电体160为实心结构或者为环形结构。具体地，第一导电部161为环形结构，形成了的第二导电部162可以是实心结构，也可以是环形结构。在电镀时，依据第一导电部161析出的金属从通孔101的内壁面向通孔101的中间析出，金属离子逐渐向通孔101的中间聚拢。依据电镀时间的长短设置，可以形成实心结构的第二导电部162，也可以形成环形结构的第二导电部162。实心结构能够充满整个通孔，避免留有孔隙，提高导电性能。环形结构能够在满足连通第一铜层140和第二铜层150的基础上，节省材料。

为了进一步提高导电效果，通孔101设置有多个，通过多个通孔101的设置，相应的导电体160设置有多个，每一通孔101设置一导电体160。这样可以设置较多的导电体160，在第一铜层140和第二铜层150之间更多的位置实现连接，更多的位置可以实现电流的导通，进而能够提高导电效果。

另外，设置多个通孔101还能够提高散热效果。如果设置单一通孔101，第一铜层140和第二铜层150之间的电流都经过这一个单一通孔101对应的第二导电部162，电流流过第二导电部162相对较大，产生的热量集中在该位置，会导致复合铜箔局部受热严重，产生的变形会明显更大。为此，设置多个通孔101，这样每个第二导电部162都产生热量，一个第二导电部162产生的热量可以分散到多个第二导电部162中，产生的热量可以分散，从而减少变形过于集中。

并且，为了使复合铜箔的每个位置产生的变形基本相同，多个通孔101之间等间距设置。由此，导电体160在基材110上也是等间距设置的，也就是说，导电体160在基材110上均匀分布。在电流流过导电体160时，在基材110上产生的热量也是均匀分布的。基材110受热变形时，在每个位置产生的热量相同的情况下，收缩膨胀程度相同，基材110的变形也相同。这样，就能够减少局部受热不均导致的变形大小不同，减少收缩膨胀程度不同导致的应力损伤。

为了进一步保证导电效果，通孔101的孔隙度在15％-30％之间。孔隙度是指通孔101的体积占基材110的体积百分比。由于通孔101的高度和基材110的厚度相同，孔隙度也可以看成是通孔101的开孔面积占基材110表面面积的比值。孔隙度在15％，说明通孔101的开孔面积占基材110表面面积的15％，这样通孔101设置的面积足够的大。也就是说，第一铜层140和第二铜层150之间15％的位置是相互连通的，有利于降低在第一铜层140和第二铜层150之间的电阻。如果孔隙度小于15％，则容易导致第一铜层140和第二铜层150之间的电阻升高，导电效果下降。

如果孔隙度超过30％，则通孔101的开孔面积过大，使用的导电体160材料较多，会升高成本。而且，孔隙度超过30％，会在基材110上开设的通孔101数量过多，降低作业效率，再者开设的通孔101过多会导致基材110的整体结构被破坏，降低基材110的支撑能力。

参阅图4至图6所示，通孔101可以设置为多种结构，比如，通孔101为圆形孔、方形孔和三角形孔的其中一种。圆形孔的内壁面相对光滑，没有角落，在设置第一种子层120和第二种子层130时，能够在圆形孔的内壁面均匀沉积上第一导电部161。方形孔和三角形孔带有夹角，通过夹角的设置，在复合铜箔卷绕时，通过夹角位置能够释放出张力，避免复合铜箔龟裂。

在设置有多个通孔101时，可以是多种形状的通孔101均有设置。可以同时设置有圆形孔、方形孔和三角形孔。三者的比例可以是1：1：1，或者是2:1:1，既能够保证第一铜层140和第二铜层150的良好接触，还能在复合铜箔卷绕时，产生的张力得到释放。

通孔101为圆形孔时，为了保证通孔101的内壁面能够沉积上第一导电部161，通孔101的直径为d，则满足：3um≤d≤15um。通孔101的直径为3um，能够保证通孔101的直径足够大，保证铜离子能够进入到通孔101的内部，在通孔101的内壁面上沉积。如果通孔101的直径小于3um，则容易导致铜离子难以进入到通孔101内，会出现通孔101内壁没有沉积上第一导电部161的情况，导致第一铜层140和第二铜层150之间的电性接触不良。如果，通孔101的直径大于15um，则通孔101的开口过大，会降低基材110的整体强度。因此，通孔101的直径d在3um到15um之间，例如，d可以为3um、4um、5um、6um、7um、8um、9um、10um、11um、12um、13um、14um或15um。

为了提高结合力，导电体160、第一种子层120和第二种子层130的材料均为金属铜。也就是说，导电体160、第一种子层120和第二种子层130的材料与第一铜层140和第二铜层150相同，均匀金属铜。在设置第一种子层120和第二种子层130时，通过真空磁控溅射的方式，将铜靶材中的铜离子轰击出，铜离子附着在基材110的第一表面111，形成第一种子层120，铜离子附着在基材110的第二表面112，形成第二种子层130。同时，铜离子还能够沉积在通孔101的内壁面上，形成第一导电部161，使第一种子层120和第二种子层130实现了连接，电流可以在第一种子层120和第二种子层130之间流动。溅射形成了的铜层中金属铜的含量在99.98％左右。

在电镀时，将基材110放入带有铜离子的溶液中，第一种子层120、第二种子层130以及通孔101中的第一导电部161作为阴极，铜离子析出。在第一种子层120上形成了第一铜层140，在第二种子层130上形成了第二铜层150，在第一导电部161上形成了第二导电部162。

在其中一个方面，基材110的厚度D1，第一种子层120和第二种子层130的厚度相同，第一种子层120的厚度为D2，第一铜层140和第二铜层150的厚度相同，第一铜层140的厚度为D3，则满足：3um≤D1≤8um，30nm≤D2≤50nm，1um≤D3。

基材110的厚度通常在3um到8um之间，比如，3um、4um、5um、6um、7um或8um。在这个厚度范围内，基材110能够替换掉部分金属铜，还能够很好的起到支撑作用。第一种子层120的厚度可以是30nm、31nm、32nm、33nm、34nm、35nm、36nm、37nm、38nm、39nm、40nm、41nm、42nm、43nm、44nm、45nm、46nm、47nm、48nm、49nm或50nm。第一铜层140的厚度可以是1um、2um或者是3um。

实施例二

参阅图7所示，本申请还提供一种复合铜箔的制作方法，复合铜箔的制作方法包括：

步骤S10，提供基材110，基材110具有相对设置的第一表面111和第二表面112；基材110通常为高分子有机材料，以基材110作为基础结构支撑。

步骤S20，在基材110的上设置通孔101，通孔101连通第一表面111和第二表面112；通孔101可以设置有多个，均匀排列在基材110上。

步骤S30，在第一表面111上沉积第一种子层120，在第二表面112上沉积第二种子层130，在通孔101内沉积第一导电部161，第一导电部161连接第一种子层120和所述第二种子层130；在设置第一种子层120和第二种子层130的同时，完成在通孔101内沉积第一导电部161的作业。

步骤S40，在第一种子层120上电镀第一铜层140，在第二种子层130上电镀第二铜层150，在第一导电部161上电镀第二导电部162，第二导电部162连接第一铜层140和第二铜层150。

其中，电镀第一铜层140和第二铜层150可以同时完成，电镀第二导电部162和电镀第一铜层140可以分成两步。

比如，在含有铜离子的溶液中加入抑制剂和光亮剂，抑制剂能够在电镀时减少铜层的表面粗糙，光亮剂能够进一步地使铜层表面光滑，进一步降低粗糙度。铜层的表面光滑，能够很好的配合电池接触，贴合的更紧密。PEG(Polyethylene glycol，聚乙二醇)、HEC(Hydroxyethyl Cellulose，羟乙基纤维素)或十二烷基磺酸钠中的一种或多种。光亮剂包括：DPS(二甲基-二硫甲酰胺丙磺酸钠)、SPS(聚二硫二丙烷磺酸钠)、MPS(3-巯基-1-丙烷磺酸钠)中的一种或多种。

然后，在含有铜离子的溶液中加入深镀添加剂，在深镀添加剂的作用下，依据第一导电部161进行电镀，形成第二导电部162，第二导电部162连接第一铜层140和第二铜层150。深镀添加剂使其铜离子能够聚集在通孔101内。深镀添加剂包括钼酸铵、钨酸盐、SPS(聚二硫二丙烷磺酸钠)中的一种或多种。

参阅图8所示，在基材110的上设置通孔101的步骤，包括：

步骤S210，在基材110上通过激光蚀刻的方式设置通孔101，通孔101连通第一表面111和第二表面112。控制激光在基材上按照预设的路径移动，通过激光的灼烧气化在基材110上打孔。

下面列举了三种复合铜箔的制作方法：

第一种制作方法，在基材110上利用激光打孔，形成圆形通孔101，圆形通孔101的直径在10um到15um，孔隙度为15％。通过磁控溅射的方式在基材110的第一表面111形成第一种子层120，在第二表面112形成第二种子层130，第一种子层120和第二种子层130的厚度相同，厚度在30至50nm之间。在电流密度为20A/dm²的情况下，在铜离子溶液中添加PEG，2ppm，添加MPS，10ppm，通过电镀的方式，电镀形成1um厚的第一铜层140和第二铜层150。

第二种制作方法，在基材110上利用激光打孔，形成圆形通孔101，圆形通孔101的直径在3um到5um，孔隙度为20％。通过磁控溅射的方式在基材110的第一表面111形成第一种子层120，在第二表面112形成第二种子层130，第一种子层120和第二种子层130的厚度相同，厚度在30至50nm之间。在电流密度为30A/dm²的情况下，在铜离子溶液中添加PEG，4ppm，添加MPS，6ppm，通过电镀的方式，电镀形成1um厚的第一铜层140和第二铜层150。

第三种制作方法，在基材110上利用激光打孔，形成圆形通孔101，圆形通孔101的直径在5um到10um，孔隙度为30％。通过磁控溅射的方式在基材110的第一表面111形成第一种子层120，在第二表面112形成第二种子层130，第一种子层120和第二种子层130的厚度相同，厚度在30至50nm之间。在电流密度为30A/dm²的情况下，在铜离子溶液中添加PEG，10ppm，添加MPS，15ppm，通过电镀的方式，电镀形成1um厚的第一铜层140和第二铜层150。

表一

通过表一可见，第一种制作方法到第三种制作方法，孔隙度逐渐升高，电阻率降低率和质量密度降低率下降。抗拉强度与延伸率在孔隙度过小或者过大时，均出现降低的情况。对比，第三种制作方法中，抗拉强度为287.8Mpa、延伸率为4.6％，大幅降低复合铜箔电阻率达到88.7％，同时降低复合铜箔质量密度达到10.6％，性能较好。

综合起来看，本实施例能够保证复合铜箔具有较高的机械强度的情况下，还能够维持较好的抗拉强度和延伸率。同时大幅降低复合铜箔的电阻率60％到90％。通过导电体的均匀设置，还能够提高电流密度的均匀性，降低热量的产生。进一步地，还能够降低复合铜箔的质量密度3％-11％，提升电池的能量密度。

实施例三

本申请还提供一种电池，电池包括正极端和负极端，负极端包括如上文的复合铜箔。

电池的具体实施方式和有益效果参考上述复合铜箔实施例，在此不再赘述。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本申请，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种复合铜箔，其特征在于，所述复合铜箔包括：

基材，所述基材具有相对设置的第一表面和第二表面，所述基材开设有连通所述第一表面和所述第二表面的通孔；

第一种子层和第二种子层，所述第一种子层设于所述基材的第一表面，所述第二种子层设于所述基材的第二表面；

第一铜层和第二铜层，所述第一铜层设于所述第一种子层背离所述基材的一面，所述第二铜层设于所述第二种子层背离所述基材的一面；

导电体，所述导电体设于所述通孔内，所述导电体包括第一导电部和第二导电部，所述第一导电部环设于所述第二导电部和所述通孔的内壁面之间，所述第一导电部连接所述第一种子层和所述第二种子层，所述第二导电部连接所述第一铜层和所述第二铜层。

2.根据权利要求1所述的复合铜箔，其特征在于，所述导电体为实心结构或者为环形结构。

3.根据权利要求1所述的复合铜箔，其特征在于，所述通孔设置有多个，所述导电体设置有多个，每一所述通孔设置一所述导电体。

4.根据权利要求3所述的复合铜箔，其特征在于，多个所述通孔之间等间距设置。

5.根据权利要求1所述的复合铜箔，其特征在于，所述通孔的体积占所述基材的体积的孔隙度在15％-30％之间。

6.根据权利要求1所述的复合铜箔，其特征在于，所述通孔为圆形孔、方形孔和三角形孔的其中一种。

7.根据权利要求6所述的复合铜箔，其特征在于，所述通孔为圆形孔时，所述通孔的直径为d，则满足：3um≤d≤15um。

8.根据权利要求1所述的复合铜箔，其特征在于，所述导电体、所述第一种子层和所述第二种子层的材料均为金属铜。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合铜箔，其特征在于，所述基材的厚度D1，所述第一种子层和所述第二种子层的厚度相同，所述第一种子层的厚度为D2，所述第一铜层和所述第二铜层的厚度相同，所述第一铜层的厚度为D3，则满足：

3um≤D1≤8um，30nm≤D2≤50nm，1um≤D3。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括正极端和负极端，所述负极端包括如权利要求1-8中的任一项所述的复合铜箔。

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